海上底水油藏水平井产液剖面分布规律研究1

白健华，尚宝兵，吴华晓，方涛，戚亚东

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 塘沽 300459)

水平井技术作为新油田产能建设、老油田调整挖潜、实现高效开发的一项重要技术，已得到了广泛的推广应用[1,2]。但是随着开发时间的延长，水平井生产也逐渐暴露出一些问题，如水平井出砂、作业费用高、水平井出水等[3,4]。特别是边底水油藏水平井，受储层非均质性、避水高度变化、生产制度调整等因素的影响，产液剖面分布不均，易出现过早见水的现象[5]。系统分析产液剖面分布规律及其影响因素，有利于延缓边底水的突进，提高水平井的开发效果，且可为水平井的调剖堵水提供依据[6]。因此，有必要利用已有的有限资料如钻井及测井资料，快速地对水平井产液剖面进行预测研究，找出水平井的出水部位。针对水平井产液剖面及出水规律，国内外学者分别通过理论分析和数值模拟等方法开展了研究，探究地质油藏、水平井完井、生产制度等因素对水平井出水的影响。如Chaperon[7]研究了各向异性地层的水脊变化规律，Papatzacos等[8]解决了水平井底水脊进见水时间的预测问题，Souza等[9]利用所建立的数学模型研究了水平井底水脊进突破时间以及突破后流体的流动状态，并与eclipse模拟的结果进行了对比。周代余等[10]以现场实际井组为例建立地质模型，分析了水平井水淹动态特征差异及其影响因素。王庆等[11]的研究表明非均质性对见水井段的位置和产液产油沿井段的分布有较大影响。

以往的研究都是在特定的地质油藏参数条件下进行的，难以直接指导实际特定油田的产液剖面分布规律预测；此外，针对产液强度、隔夹层等的影响研究较少。本文在已有研究基础上，以海上S油田实际油藏参数为基础，建立底水油藏模型，全面研究了水平井长度、原油黏度、钻井污染、采液速度、避水高度、各向异性、平面非均质性、隔夹层位置等因素对产液剖面的影响规律，可为该井的生产制度调整、控水方案优化设计提供借鉴。

1 油藏模型的建立

海上S油田为典型的边底水油藏，主要采用定向井和水平井开发，油田开发时间较长，基础资料较为完备。随着生产时间的延长，油田部分水平井呈现出边底水突破、含水快速上升的问题。因此此处以本油

田的物性参数为基础，通过数值模拟方法对水平井的产液剖面变化开展了研究。本研究建立的模型基本参数如下：长800 m，宽520 m，顶深1400 m，油水界面1435 m，孔隙度25%，水平气测渗透率500 mD，垂向渗透率与水平渗透率的比值为0.1，原油黏度40 mPa·s，底水模型如图1所示。

图1 水平井模型

模型网格采用40 m×26 m×40 m网格系统，X、Y方向的步长均为20 m，Z方向的步长为1 m。水平井长度为600 m，位于油藏中上部，距离油水界面25 m。

2 水平井产液剖面影响因素分析

基于建立的底水油藏水平井模型，研究了水平井长度、原油黏度、表皮系数(表皮系数用S表示，若S>0，表示井底有堵塞产生节流效应；若S<0，表示增产措施改善了井底周围渗透性能，降低了井底流动阻力)、采液速度、各向异性(PERMX、PERMY、PERMZ分别代表储层在X、Y、Z方向的渗透率)等8个因素对水平井产液剖面的影响规律。各因素取值情况如表1所示。

表1 产液剖面影响因素敏感性分析

2.1 水平井长度的影响

设置水平段长度分别为200、400、600 m，研究水平段长度对产液剖面的影响。如图2所示，在水平井产液量一定的情况下，水平段长度越长，产液剖面越均匀且水脊上升越缓慢，越有利于延缓水平井含水上升速度。

a 200 m b 400 m c 600 m

2.2 原油黏度的影响

设置原油黏度为10、50、100 mPa·s，研究原油黏度对产液剖面和含水率的影响。如图3所示，原油黏度越大，则生产压差越大，底水脊进越快，见水越早；随着原油黏度的增加，跟端和趾端液流量逐渐减少，中间逐渐增大。且模拟结果表明，随着原油黏度的增大，水平井的稳产时间缩短，产量递减加快，见水时间缩短，含水上升加快。

2.3 钻井污染的影响

设置表皮系数S为0、20、40，研究钻井污染对产液剖面的影响。如图4所示，随着表皮系数的增大，底水脊进变缓，产液剖面流量降低，液量难以维持；表皮系数较小时，见水早，产液剖面为凸型；表皮系数较大时，见水晚，产液剖面为凹型。

a S=0 b S=20 c S=40

2.4 采液速度的影响

设置采液速度为200、400、600、800、1000 m3/d，研究采液速度对产液剖面的影响。如图5所示，采液速度越大，跟趾端与井筒中间液量差别越大；生产压差越大，井筒的流入剖面越不均匀。随着采液速度的增大，稳产期变短，但是日产油量大，累产油量高，以液带油作用明显；低采液速度见水时间长，含水上升慢，但是见水后，产油量同样迅速递减。

图5 不同采液速度下的产液剖面

2.5 避水高度的影响

设置避水高度为5、15、25 m，研究避水高度对产液剖面的影响。如图6所示，避水高度增大，井筒流入剖面油量增加，底水脊进到井筒延缓，压力补充缓慢，生产压差大；避水高度越大，产液剖面越不均匀，跟趾端效应越明显。对于强底水油藏，避水高度越大，则稳产期越长，见水越晚，含水上升越慢，累产油量越高，开发效果越好。

图6 不同避水高度下的产液剖面

2.6 各向异性的影响

设置垂向渗透率与水平渗透率的比值分别为0.2、0.4、0.6、0.8，研究储层各向异性对产液剖面的影响。如图7所示，垂向渗透率与水平渗透率的比值越大，底水脊进越快，压力供给越充足，压力剖面越均匀，井筒流入剖面油量越少、水量越多；产油剖面跟趾端与中间段差异减小，产液剖面由凸型过渡到凹型。

图7 不同垂向渗透率与水平渗透率比值下的产液剖面

2.7 平面非均质性的影响

保持平均渗透率相同的情况下，研究了平面非均质性对产液剖面的影响。如图8所示，平面非均质性越强，则高渗条带部位底水脊进越快，能量越充足，生产压差越小，产油量越高；高渗条带集中分布在水平井中间部位时见水最快，生产效果最差。

图8 平面非均质性不同情况下的产液剖面

2.8 隔夹层位置的影响

设置夹层中心与水平井跟端距离为0、100、300、500、600 m(夹层长度为水平井长度的1/3，与水平井筒的垂直距离为10 m)，研究隔夹层位置对产液剖面的影响。如图9所示，根据模拟，存在隔夹层的部位，井筒流入剖面产油量大，产水量少，生产压差大。由流线图可以看出，隔夹层沿水平井筒分布，可以使脊进的底水发生绕流，抑制底水直接突进到井筒，降低含水率，有效提高底水油藏的开发效果。因此对于底水油藏，当存在隔夹层时，能够抑制含水率的上升，增大产油量；隔夹层越靠近水平井两端，含水上升越快，水平井产能越低；隔夹层位于水平井中部，抑制底水突进效果最好。

3 结论

(1)根据数值模拟研究结果，水平井长度越长、钻井污染产生的表皮越大，水平井的产液剖面越均匀，此时水平井边底水呈现均匀推进的形态，有利于减缓水平井的含水上升速度。(2)原油黏度越大、采液速度越大、避水高度越小、各向异性越强、平面非均质性越强，则产液剖面越不均匀，地层产液最先沿易流动通道产出，此时边底水易产生局部突进；不同的隔夹层分布对产液剖面的影响不同，当隔夹层位于水平井底部中间位置时，隔夹层形成了遮挡作用，产液剖面呈现两端高、中间低的形态，此时抑制边底水效果最好。对于实际水平井，可结合实际井沿井身的渗透率分布、避水高度变化等因素，确定可能的出水位置，从而有针对性地开展堵控水工艺。(3)根据分析，当产液强度增大时，产液剖面分布越不均匀，中间段的产液贡献越大。虽然边底水突破时间提前，但水平井总体产油量升高，以液带油效果明显。

目前的分析结果只是基于数值模拟方法得出，由于现场对于实际生产井通过生产测井等方法实际确定产液剖面的井较少，因此还未有合适的井将理论预测结果与实际测试结果进行对比验证。后续针对实际水平井，将进一步结合各种影响因素完善产液剖面预测方法，以更好地指导水平井生产调整和堵控水工艺的实施。